坩堝拉絲冷卻水余熱在空調中的應用

摘要：分析了玻璃纖維坩堝拉絲冷卻水余熱回收的可行性，介紹了采用水源熱泵機組回收該部分熱量并用于車間空調的技術和效益。經計算結果表明，此技術回收大量余熱，降低產品的成本，將獲得良好經濟和社會效益。

關鍵詞：坩堝拉絲 空調 余熱 水源熱泵機組

坩堝拉絲生產工藝中對坩堝設備進行冷卻需要大量的冷卻水，即漏板、絲根冷卻片冷卻水。坩堝拉絲冷卻水經過回收管流經過濾池，再流至蓄水池，用循環水泵將循環水輸送至坩堝用于冷卻降溫，該系統冷卻水降溫主要依靠管道、水池自然降溫，冷卻水進水溫度一般在35℃以下，全年24h連續運行。因拉絲坩堝不能斷水，為了保證坩堝拉絲供水不間斷，本系統采用雙水源供水，工藝流程如圖1所示。

同時該生產工藝中，拉絲、合紡、織布作業區需要供應空調風，空調采用的是老式紡織空調，采用噴淋管加濕，冬季采用蒸汽作為熱源用熱排管加熱，全年24h連續運行，系統要求冬季送風溫濕度大于等于17℃，65±10%，夏季送風溫度小于等于30℃，70±10%左右，該系統無制冷設備裝置，夏季采用循環水池加冰塊降溫，工藝流程圖如圖2所示。

圖2為老式紡織空調傳統設計，冬季運行時拉絲、合紡、織布空調需要大量的熱量，而坩堝拉絲冷卻水需要依靠自然冷卻降溫，而且降溫效果差，循環水重復使用一段時間后需排放一部分，重新補充自來水，造成水資源的極大浪費。若能將該部分的熱量進行回收用于拉絲、合紡、織布空調，可大大降低空調的蒸汽消耗量，達到節能減排的效果。

1.余熱再利用項目概況

空調改造項目共涉及兩條生產線，總建筑面積約14000平米；可利用余熱資源為水溫35℃，水量80m3/h的循環水。方案設計為將此余熱資源作為空調系統熱源，并結合水源熱泵機組為建筑供熱，夏季采用冷卻塔作為系統的冷源。

2.可行性分析

2.1工藝方面

由于坩堝拉絲生產線屬于高溫作業，一般只需要向拉絲車間進行側送風，不需要加濕及考慮回風。而合紡、織布生產工藝對溫濕度指標都有要求。原有老式紡織工業空調系統中沒有制冷裝置，使得車間溫度夏季難以滿足車間生產工藝要求，冬季因用老式的熱排管質換加熱空氣，質換效率低，造成能源的很大浪費。

坩堝拉絲生產工藝要求各工藝指標參數穩定，并且全年運行指標一致，坩堝拉絲冷卻水溫度在35℃左右，若利用水源熱泵機組將冷卻水溫度降低13℃，從冷卻水中提取的余熱用于拉絲、合紡、織布生產工藝空調系統。通過改造，不僅完全可以回收冷卻水中該部分熱量，而且大大節約了水資源。

2.2經濟方面

2.2.1空調系統所需熱量計算

以熱指標110W/m2計算，負荷計算見下表：

各車間空調需要總熱負荷為1540kW。根據功率與熱能轉換關系1KJ=2.7778×10-4KWh，各車間空調系統需要的熱量為

5.54×106KJ/h。

2.2.2坩堝拉絲循環冷卻水熱量計算

坩堝拉絲冷卻水量以80m3/h計，循環水溫度在35℃左右，如果將冷卻水回水溫度降低13℃，由此可以計算出每小時該部分冷卻水回收的熱量，具體計算如下所示：

3.空調改造方案的制定與實施

3.1設備改造

由于坩堝拉絲冷卻水和空調送風存在較大的溫差，因此選擇水源熱泵機組回收該部分熱量。

3.1.1水源熱泵系統的工作原理

主要工作原理是熱泵的運作機制，以下為主要工作原理，分為四個能量轉移過程。（以冬季為例）

第一過程：中介水與余熱水通過板式換熱器進行換熱，將中介水由7℃加熱到15℃，余熱水經換熱后以22℃排出。

式中QR為機組總制熱量，為1540kW，4.6為機組制熱能效比， 80為余熱循環水量。

第二過程：機組內部的傳熱介質（即冷媒）在蒸發器內蒸發后吸收經與中介水換熱后的熱量，冷媒吸收熱量后由液體蒸發為氣體。15℃的中介水進入熱泵機組，與蒸發器內的冷媒發生熱交換后以7℃排出。

第三過程：機組內部冷媒循環：冷媒蒸發變成氣體后被壓縮機吸入并壓縮，變成高溫、高壓的氣體，進入冷凝器，實現熱量向冷凝器轉移的過程，而冷凝器是與末端系統連接的。

第四過程：高溫、高壓的傳熱介質（冷媒）進入機組的冷凝器冷凝，放出熱量，并與末端空調系統進行熱交換，即將末端空調水由40℃提升到45℃。實現將在蒸發器內吸收的熱量和輸入的電能的總和輸給末端空調系統，達到冬季為車間供熱的目的。

在整個過程中，機組的能量輸入輸出比最高可達到5，即電機輸入電能是1kcal時，末端系統得到的能量是5kcal。在整個過程中消耗少量的電能，極大的利用循環水能量，從而達到節能目的。制冷過程則是制熱過程逆過程。

工藝流程為實現這種能量的傳輸過程，包括有四個循環系統：①余熱循環水的取水排水系統②余熱循環水與中介水換熱系統③中介循環水與冷媒換熱系統④末端空調循環系統。其原理如圖3所示。

3.1.2末端空調設備

末端系統全部采用組合式空氣處理機組，機組含混合段、過濾段、加熱段、表冷段、加濕段（除拉絲工藝生產不需要加濕）、風機段等功能段。

3.1.3空調水系統

主機房內設置水源熱泵機組兩臺、板式換熱器一臺、、冷卻水循環水泵各三臺、兩用一備，冬季利用一臺冷卻水循環泵作為中介水泵，并采用恒溫差變頻控制；負荷側定壓補水裝置一套，包括補水泵兩臺，一用一備，定壓罐、全自動軟水器及軟水箱各一臺；空調機房通過集分水器連接各車間空調供回水管，集分水器之間安裝壓差旁通閥。空調末端水系統采用兩管制，異程布置，空氣處理機組回水管安裝比例積分電動調節閥。

3.1.4空調風系統

除拉絲生產工藝外，其余場所全部采用一次回風全空氣空調系統，氣流組織采用下送下回，送風口采用方形散流器，回風口采用單層百葉風口，帶過濾網。

3.2控制系統

3.2.1空氣處理機組均安裝比例積分電動調節閥，根據回風溫度調節電動閥的開度；

3.2.2冬季利用一臺冷卻水循環泵作為中介水泵，采用恒溫差變頻控制；

3.2.3主機與水泵聯動控制，機房采用全自動控制系統。

4.余熱回收的效益

4.1經濟效益

空調系統進行改造后，利用水源熱泵空調機組提取坩堝拉絲冷卻水余熱、，用于兩條生產線空調制熱。空調系統改造項目總投資約500萬元，年節約蒸汽100萬元，投資回收期為5年。

4.2社會效益

水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，無燃燒過程，避免了排煙、排污等污染，每噸蒸汽的耗煤量（標準煤）約在140Kg，而每噸標準煤的二氧化碳氣體的排放量約為2.66～2.72t，公司每年節約的6300噸蒸汽（采暖期按150天計），可以減少二氧化碳氣體排放量2399噸，將會取得良好的環境效益和社會效益。

5.結論

玻璃纖維坩堝拉絲冷卻水余熱在空調中的應用，將冷卻水的熱量回收，在創造了一定經濟效益的同時，也產生了社會效益，值得在有余熱的場所推廣。

參考文獻：

[1]尉遲斌.實用制冷與空調工程手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]李妍.動力管道設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.